关于智能控制系统在照明中的应用问题的几点思考

陈小荣

（北京电子科技职业学院，北京 100029）

0 引言

智能照明控制系统是智能大厦楼宇自动化的一个子系，但是它又相对独立，使得建筑物自控系统出现故障时，照明系统不至于瘫痪[1,2]。智能照明控制技术顺应了计算机技术、通信技术、控制技术的发展潮流，具有节约能源、提高照明质量、延长光源寿命等优点。随着照明系统应用场合的不断变化，应用情况也逐步复杂和丰富多彩，仅靠简单的开关控制已不能完成所需要的控制，所以照明控制也需要随之发展和变化，以满足实际应用的需要。

智能照明从开始到现在经历了以下三个主要阶段。第一种是传统照明控制方式，如利用在回路中的开关元件来控制回路的中断，或者是利用回路中的调节元件来改变电压、电流等参数来调节灯光的亮暗；第二种是自动照明控制方式，这种控制方式是利用数字控制技术来控制照明回路的闭合，达到控制照明的目的，这种方式较传统控制具有一定的自动化但是不具有调光功能；第三种是智能照明控制方式，这种控制方式是依赖计算机技术和网络技术发展起来的。智能照明控制方式可以根据人们对照明形式的不同要求来实现一种人性化的控制，比如根据环境的变化，灯光亮度也随之变化。

1 智能照明控制系统

在照明中能够应用智能控制的主要原因是智能控制系统的运用。所谓智能照明控制系统，其实就是根据某区域不同的时间、室外光亮度或该区域的用途来自动控制照明。照明控制系统的原理是进行调光或根据需要关闭或打开照明。从智能照明控制系统的组成方式看，主要有总线型、电力线载波型、无线网络型等。下面分别介绍这三种智能控制系统以及各自的主要代表类型。

1.1 总线型

常见的总线型智能照明控制系统包括澳大利亚奇胜Clipsal公司的C-Bus总线、邦奇公司的Dynet总线、瑞士ABB公司的i-bus总线、Philips的DALI总线等[3]。

1）C-Bus总线。C-Bus是两线制总线协议，能组成分布式的智能控制系统。C-Bus系统有一套独立的控制协议，相对BA系统来说比较简单，完全能满足对照明控制的需求，价格也比较便宜。所有C-Bus系统单元均内置微处理器，由一对通讯信号线(UTP5)连接成网络，每个单元均设置唯一的单元地址，并用软件设定其功能，通过输出单元控制各负载回路，输入单元通过群组地址和输出单元建立对应联系。Bus作为智能控制照明的系统，有着它的优点。该系统可以通过计算机软件更改其功能及所控制的回路而不必重新布线。该系统使照明控制自动化，避免长明现象，起到节能作用，还有它的软启动功能可以延长灯具的寿命。

2）Dynet总线。Dynet是一种通信协议，它是澳大利亚邦奇电子工程公司在Dynalite智能灯光控制系统中使用的协议。Dynalite系统也是一个分布式控制系统。Dynet网络上的所有设备都是智能化的，并以“点到点”方式进行通信。基于Dynet总线的控制系统是一个分布式控制系统，这样就避免了像中央控制系统那样，因中央控制单元的瘫痪而使整个控制网络不能使用。

3）i-bus总线。ABB i-bus系统的基本构成是线，一根线是由64个总线原件(PTC)通过总线连接构成。i-bus总线符合EIB总线标准，以弱电总线通讯的方式控制强电末端设备，作为智能控制系统对照明进行控制时，可做到开关控制、调光控制、分散集中控制、远程控制、延时控制、定时控制、光线感测控制、红外线遥控、移动感测控制与其他设备系统的联动控制等。

4）DALI总线。DALI即数字可寻址照明接口(Digital Addressable Lighting Interface)。它是专门用于荧光灯控制的国际标准，以保证不同制造商生产的DALI设备能完全兼容，它是定义了实现现代电子镇流器和控制模块之间进行数字化通信的接口标准。DALI智能控制系统中的镇流器可以根据预设单独对灯光进行控制，而传统的调光不具备这功能；除此之外，控制单元还能获得镇流器的反馈信息，这使得使用大型复杂的灯光控制系统时更为方便。DALI智能控制系统除了实现灯光控制之外，还可以与大楼管理系统(BMS)接口；最后，在DALI镇流器中内置微处理器，通过微处理器可以实行相关指令的执行和信息的传递，体现了产品的智能性。

1.2 电力线载波型

具有代表性的电力线载波智能照明控制系统实际上是基于X-10协议的智能照明控制系统。X-10协议是以电力线为连接介质对电子设备进行远程控制的通信协议。电力线载波实际上就是电力线通信(Power Line Communication，简称PLC)，是指用电力线传输数据和语音信号的一种通信方式。按照电压水平分，电力线载波可以分为高压电力线载波通信，中压电力线载波通信和低压电力线载波通信三类作为智能控制照明系统，用到的是民用低压类。在智能照明控制系统中，电力线载波采用X-10协议对照明灯具进行智能控制，采用电力线载波智能照明无需重新御线，而是使用现有的电力线网络。在使用过程中，X-10直接利用电力线作为控制总线，并通过电力线将传感器、执行器和网关等设备联系在一起。该系统可以进行预设，也就是将控制对象的期望值事先储存起来，然后系统的输入值和预设值进行比较，系统自动调节达到智能控制的目的。

1.3 无线网络型

随着智能控制照明系统的发展，基于总线型和电力线载波型在被使用的同时，因为人们对照明状况期望的不同，无线网络智能控制照明系统也已经被使用。使用无线网络控制系统可以省掉大量布线的麻烦。现在被使用的无线控制照明系统根据网络的工作形式有无无线局域网络和物联网络等。物联网络也是无线传感网络。所有这些无线网络照明控制系统主要基于ZigBee技术和射频技术(RFID)。

ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它主要用于近距离无线连接，具有自己的无线电标准，在数千个微小的的传感器之间互相协调实现通信。采用ZigBee技术无线照明中的每个房间就是一个单元，房间的每盏灯就是一个终端设备，每个房间设置一个路由器用以与协调器通信并向房间内每一盏灯转发数据，来达到智能控制照明的目的。

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，一套完整的RFID系统由询问器、应答器和应用软件系统组成。

在基于RFID技术的无线智能控制网络，传感器首先感应到环境的变化，接着便会有信号发送至主控模块，主控模块根据控制程序的要求下达指令，指令以信号形式传到灯具控制模块来控制灯的点亮情况。在整个控制过程中没有人的因素的操作而是由无线射频控制技术所组成的一个小型局域网络的自动调节功能来完成的。

2 智能控制系统的比较

DALI总线中的DALI是一种通信协议，他不属于任何一家公司。DALI总线系统在使用时可以使不同照明组中的不同照明光源同时达到同一照明亮度值。并且每盏灯的工作状态可以被返回控制电路，通过控制显示电路对每盏灯的工作状态加以显示。DALI标准的关键是软件核心命令的定义DALI数据信息应包含误差检测、地址和命令信息，地址信息决定所传信息是至哪个DALI模块(即DALI电子镇流器)，所有的DALI模块采用“广播”寻址的命令方式，可寻址64个终端或16组地址。

在控制过程中，从稳定性的角度考虑，总线型最好，其次是电力线载波，最不稳定的就是无线(RFID)型；但从经济角度考虑，总线型不占优势。

3 智能照明和传统照明

智能照明和传统照明相比有很多优点。1）智能照明有很好的节能效果，灯的亮度可以随着自然光的变化而变化，防止了在自然光充足的情况下亮灯造成电能的浪费；2）智能照明可以延长光源寿命：影响灯具寿命的一个重要原因是灯两端电压的过快变化，智能照明系统有防止这种现象的抗电压浪涌现象和软启动的功能；3）提高照明质量：比如房间白色的墙体会随着时间推移变暗，为了保证房间的亮度，此时灯具会自动变亮；4）采用智能照明管理方便：智能控制系统采用参数化控制，更方便管理；5）采用智能照明有较高的经济回报率：智能控制系统可以做到节能，而且是维护方便，节省维护开支。

4 结论

总线型因为有着分散式控制、集中式管理的特点，基于总线型的智能照明控制系统应用在大面积的照明中更能体现它的优势，另外，总线型还有连接很多模块的能力，这一点也使得基于总线型的照明控制系统在大面积照明中能够充分体现它的特点，比如在青岛流亭机场的运用。电力线载波技术在国外的应用较早，也已经有比较成熟的产品，而在国内因为技术上的不成熟还没有得到广泛应用，不过随着技术的更新基于电力线载波的智能照明控制系统将在智能小区建设中得到广泛的应用。对于室内照明而言，无线照明控制系统有着较大的优势。例如基于Zigbee技术的无线照明控制系统有着低功耗、低成本和组网灵活的特点，使得这种照明技术在家庭室内照明占据了优势。

[1] 李海燕, 李海宝, 魏英智. 医疗智能照明系统控制技术研究[J].实验技术与管理, 2012, 29(1).

[2] 陈润平, 付志红. 基于模糊控制论的图书馆智能照明控制系统设计[J]. 制造业自动化, 2011, 33(12).

[3] 周玉庭, 马小军, 邢自巧. 智能照明控制技术之体育馆应用浅析[J]. 自动化仪表, 2011, 32(8).